Impressão 3D de Materiais com Classificação Funcional recebe um F

Um empolgante e potencialmente revolucionário desenvolvimento de queima lenta na impressão 3D é o de materiais gradientes (também chamados de Materiais Graduados Funcionalmente ou FGMs). Com os FGMs podemos misturar materiais de forma a obter diferentes densidades, durezas e composições de materiais ao nível de qualquer voxel. O derretimento de feixe de elétrons, vários processos de deposição de energia direcionada e PolyJet são apenas algumas das tecnologias potencialmente capazes de materiais gradientes.

A ideia de controlar propriedades em cada voxel é extremamente inspiradora para mim. Não podemos começar a imaginar como as partes do gradiente podem mudar a forma como as coisas podem ser feitas. Poderíamos colocar zonas de deformação em objetos, projetar para o desgaste de forma que determinadas peças pudessem ser substituídas em intervalos definidos, tornar os itens condutores ou magnéticos em certas áreas ou imbuir diferentes graus de magnetismo em uma peça.

Um misturador FGM usando o processo CODE.

A Stratasys tem um barbeador que usa para ilustrar o conceito. As partes aderentes são impressas macias, outras áreas são mais como almofadas, a alça em si é rígida e dura, mas há flexibilidade no pescoço. Todas essas qualidades diferentes na mesma peça com a mesma impressora.

Imagine um tanque blindado onde você imprime uma parede macia e um espaço de ar enquanto multiplexa ou mistura diferentes materiais no topo como as camadas de um bolo. Você pode gerar novas configurações de armadura reativa ou materiais sanduíche. Alguns coletes à prova de balas são ruins contra as facas porque são feitos para dissipar o impacto da bala e não impedir o corte afiado de uma lâmina. Se você pegou Dyneema ou outro Kevlar e os tornou imprimíveis para permitir estruturas gradientes, você poderia corrigir isso na mesma etapa de produção.

Grande parte da pesquisa de impressão 3D que vai para o desafio do capacete da NFL é baseada na tentativa de criar estruturas que podem parar impactos rápidos e agudos e maiores e mais contundentes. Com estruturas gradientes, podemos realizar feitos semelhantes, não apenas para equipamentos de segurança, mas para muitas outras coisas. Camadas que absorvem imagens ou materiais flexíveis para a indústria. Ou imagine seu painel, que poderia ser duro, rígido e liso, mas projetado para flexionar com o impacto. Ou pense em isolamento acústico ou redução de vibração e muitos aplicativos podem aparecer. Os MGFs são empolgantes e há muitas pesquisas em andamento.

A estampa Aerosint, combina liga de cobre com aço. Imagem cortesia da Aerosint.

As pessoas estão fazendo vidros com graduação funcional em sistemas de leito de pó que se misturam à medida que imprimem. Outros estão tentando imitar as funcionalidades naturais fazendo composições gradientes e não estão sozinhos. Alguns papéis parecem revolucionários por si só, com esta equipe da ETH olhando para materiais gradientes com resolução submicrométrica. Fabrisonic, Formalloy, MELD, GE, DMG Mori, Sciaky, Aerosint e Optomec são apenas alguns dos fornecedores de máquinas em cujos equipamentos esses materiais gradientes são feitos. Você pode até imprimir com materiais gradientes usando processamento digital de luz.

Aplicações de composições impressas com g-DLP para componentes SMP sequenciais e impressão 4D. Crédito da foto: Xiao Kuang, Georgia Tech

Então, o que está impedindo o desenvolvimento de materiais gradientes? Certa vez, ao conversar com John Barnes, ele lamentou que já era muito difícil acertar as peças estáticas e que as peças gradientes seriam muito difíceis de qualificar e controlar. 

Na verdade, o controle de qualidade seria difícil para essa parte. Como você poderia monitorar ou verificar a dureza Shore de algo com durezas múltiplas? Qual seria o teste mesmo? Como você pode verificar se uma coisa dessas pode funcionar por 10 anos? Qual seria a aparência da simulação? Como você testa tal coisa? Qual é a resistência à fadiga de algo se ele tiver diferentes propriedades de fadiga? Ou como descobrimos que esta peça pode realmente ter uma temperatura de serviço contínua mais baixa do que o material de que é feita? Como você pode monitorar se a propriedade certa está sendo feita? Então, temos outro problema, como projetamos essas peças? Como você pode fazer isso em CAD? A 3MF poderia suportar um projeto para uma peça gradiente, mas como projetaríamos essa peça exatamente?

Um exemplo de uma peça FGM feita usando DED por Irepa Laser

Já temos problemas suficientes para ensinar todos a pensar em design para manufatura aditiva (DfAM), mas como pensar em gradientes? Quando podemos determinar que isso faria sentido? Um sapato gradiente impresso em 3D parece uma ideia espetacular, mas talvez fosse muito mais caro do que um convencional. Ao mesmo tempo, um Croc já é um calçado feito de um único material e seria muito mais barato do que nossa variante impressa.

Embora haja um grande entusiasmo em relação às MGFs, chegamos a um impasse. Se não entendemos as implicações de algo, não sabemos projetar para ele e não podemos conceber seus usos, podemos ficar entusiasmados, mas nada mais realmente. Seria como assistir à aproximação da era nuclear ou da era do vapor, percebendo que você vai sonhar muito pouco ou muito. Por um lado, você não ficará mais rápido do que “trens mais rápidos, eu acho”, mas, por outro lado, você pensará em secadores de cabelo e máquinas de lavar movidos a energia nuclear. 

Então, se quisermos habilitar uma tecnologia capacitadora, o que fazemos? Temos que criar um exemplo que seja abundantemente claro, conciso e que demonstre bem os méritos dessa tecnologia. O suporte GE é meu exemplo favorito disso. Ele mostra nossa linguagem de design otimizada de topologia semelhante à do Geiger. Ele ilustrou que nossa tecnologia poderia ter amplas aplicações e mostrou claramente que pode economizar peso, o que é claramente importante. Para lançar FGMs, precisamos de um exemplo. Portanto, um item geralmente demonstrável, reconhecível e útil que é aprimorado especificamente por ser uma parte gradiente. Alguma ideia do que deveria ser? Porque o que parece estar impedindo esta geração de materiais é a falta de compreensão e inspiração suficiente, não a tecnologia.




Fonte: 3DPrint.com

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